天然氣凈化裝置進(jìn)出站關(guān)斷應(yīng)急處置分析

折紅艷 白明 白楊

摘?要：為了提高裝置的運(yùn)行效率，提高設(shè)備利用率，對凈化廠進(jìn)出站閥門異常關(guān)斷和打開、放空泄壓現(xiàn)狀及對上游管道的影響進(jìn)行分析研究。利用理想氣體方程，計(jì)算了進(jìn)出站關(guān)斷情況下的應(yīng)急處置時(shí)間，對放空系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，有效解決了裝置放空存在的問題。這樣員工在事故狀態(tài)下能及時(shí)、準(zhǔn)確的應(yīng)急處置，提高了職工應(yīng)急處置能力。

關(guān)鍵詞：天然氣;應(yīng)急處置;時(shí)間問題

1 概述

天然氣具有易燃易爆等危險(xiǎn)，天然氣凈化裝置安裝有ESD系統(tǒng)，當(dāng)所檢測的過程變量超過其安全限定值時(shí)，ESD系統(tǒng)立即對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行操作，也就是對生產(chǎn)設(shè)備實(shí)施自動(dòng)關(guān)斷，力爭將生產(chǎn)過程設(shè)置成安全的狀態(tài)，使發(fā)生惡性事故的可能性降到最低[1]。為了保障天然氣的安全運(yùn)輸，巡線大隊(duì)承擔(dān)著天然氣管道的巡檢工作，凈化廠的進(jìn)出站、放空閥門異常關(guān)斷、打開，同時(shí)氣井不能及時(shí)關(guān)井，若不及時(shí)、有效的處置，將造成嚴(yán)重后果;閥門關(guān)斷后壓力會(huì)迅速上漲，放空量過大會(huì)造成放空設(shè)備超負(fù)荷，造成上游管道壓力過大。

2 進(jìn)出站關(guān)斷分析

2.1 天然氣壓縮因子Z

在高壓、低溫下，任何氣體理想狀態(tài)方程都會(huì)出現(xiàn)明顯的偏差，而且壓力越高，溫度越低，這種偏差就越大，因而需要引入一個(gè)壓縮校正因子Z來修正氣體的狀態(tài)方程，如式（1）所示[4]。而天然氣偏差因子（Z）是油氣藏工程、天然氣化工等領(lǐng)域常用的重要參數(shù)，它表征了某一溫度、壓力條件下相同數(shù)量真實(shí)氣體與理想氣體體積的比值，通常又稱壓縮因子或偏差系數(shù)[2]。確定偏差因子的方法主要有3類，即：實(shí)驗(yàn)測量法、圖版法（查表法）和計(jì)算法，本次計(jì)算應(yīng)用Standing-Katz的Z系數(shù)圖法：通過對比溫度值Tr和對比壓力值Pr，即查得偏差系數(shù)Z。

應(yīng)用Standing-Katz的Z系數(shù)圖法：通過對比溫度值Tr和對比壓力值Pr，即可查得，偏差系數(shù)Z;對比溫度Tr是絕對溫度T與擬臨界溫度Tpc之比，Pr對比壓力是絕對壓力P與擬臨界壓力Ppc之比[3]。按照15℃計(jì)算，對比溫度Tr=1.511可查得到，在5Mpa下，對比壓力Pr=1.086，Z=0.86;在5.5Mpa下，對比壓力Pr=1.194，Z=0.84。

2.2 應(yīng)急處置時(shí)間

進(jìn)站閥門突然關(guān)斷采氣大隊(duì)管網(wǎng)壓力上漲，出站閥門突然關(guān)斷，采氣大隊(duì)和凈化廠管網(wǎng)壓力同時(shí)上漲。閥門切斷后，裝置從正常運(yùn)行壓力上漲至壓力高報(bào)，所用的時(shí)間即為應(yīng)急處置時(shí)間[1]，如式（2）所示。

利用公式（2），按照凈化廠管容量和集氣干線管容量（采氣大隊(duì)），可得到天然氣總?cè)萘縑，Q為按裝置正常運(yùn)行流量，V1為5.5Mpa下天然氣容量，V2為5Mpa下天然氣容量，可計(jì)算得到壓力上漲時(shí)間。

利用公式（1），按照在常壓0.1Mpa下，估算出凈化廠裝置容量為231.04m3，可計(jì)算得到：在壓力為5Mpa下，凈化廠裝置天然氣容量為1.3430×104m3;在壓力為5.5Mpa下，凈化廠裝置天然氣容量為1.5125×104m3。

按照在常壓0.1Mpa下，估算出集氣干線管容量為65328m3，在5Mpa下，集氣干線天然氣管容量為37.9813×104m3;在55Mpa下，集氣干線天然氣管容量為42.7742×104m3。

根據(jù)公式（2），進(jìn)站閥門關(guān)斷的情況下，可計(jì)算得到天然氣瞬時(shí)流量從6×104m3/h至12×104m3/h的情況下，壓力從5Mpa漲至5.5Mpa變化的應(yīng)急處置時(shí)間，可得到應(yīng)急處置時(shí)間曲線見圖1。

出站閥門關(guān)斷的情況下，可計(jì)算得到天然氣瞬時(shí)流量從6×104m3/h至12×104m3/h的情況下，壓力從5Mpa漲至55Mpa變化的應(yīng)急處置時(shí)間，可得到應(yīng)急處置時(shí)間曲線見圖2。

從圖1和圖2，可以看出在進(jìn)出站關(guān)斷的情況下，應(yīng)急處置時(shí)間隨著瞬時(shí)流量的增大而逐漸變小。在進(jìn)出站關(guān)斷的情況下，該段時(shí)間內(nèi)如何進(jìn)行應(yīng)急處置，首先要進(jìn)行ESD復(fù)位、現(xiàn)場復(fù)位、DCS重新打開，若果還是不能打開就切換成手動(dòng)模式打開。

3 放空泄壓分析

凈化廠高架火炬設(shè)計(jì)最大放空量為150×104m3/d，放空系統(tǒng)主要有以下四種放空工況：安全閥超壓放空、手動(dòng)放空、ESD緊急放空、調(diào)壓放空。

3.1 安全閥超壓放空

情況說明：根據(jù)規(guī)范GB-150要求，為防止壓力容器和管道因操作故障等造成設(shè)備內(nèi)氣體壓力超過設(shè)計(jì)壓力而發(fā)生爆炸事故，設(shè)置安全閥，超壓自動(dòng)起跳放空，都滿足放空要求。

3.2 手動(dòng)放空

情況說明：集氣管道需要泄壓時(shí)，進(jìn)站緊急切斷閥關(guān)閉，手動(dòng)開啟FJ20101進(jìn)行管道泄壓，根據(jù)需要控制操作閥開度，滿足放空要求。

3.3 ESD緊急放空

情況說明：當(dāng)遇到停電、停風(fēng)、火災(zāi)等事故時(shí)若觸發(fā)一級聯(lián)鎖，出站閥門ESDV20401自動(dòng)關(guān)閉，BDV20402將自動(dòng)打開放空。其后有兩塊限流孔板，設(shè)計(jì)最大放空量235×104m3/d，不滿足放空要求，所以重新核算放空量，更換該閥門后限流孔板。

3.4 調(diào)壓放空

情況說明：外輸天然氣出口壓力（PIT20401）調(diào)節(jié)，設(shè)定壓力值為5.15Mpa，當(dāng)壓力開高至5.4Mpa時(shí)，PIT20401控制打開調(diào)節(jié)閥PV20402泄放，也可手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度泄放。管道規(guī)格DN200其后無限流孔板，全開后設(shè)計(jì)最大放空量為336×104m3/d;且放空調(diào)節(jié)閥PV20402為風(fēng)關(guān)閥，停風(fēng)時(shí)自動(dòng)打開，DCS系統(tǒng)故障、UPS失電也會(huì)導(dǎo)致該閥門自動(dòng)打開放空泄壓，不能滿足需要。

凈化廠天然氣凈化裝置，放空量過大可能造成下游放空分液罐人孔、法蘭連接處泄露，火炬塔架、管線承壓不足等情況發(fā)生安全事故。所以，經(jīng)過分析研究，形成兩種解決措施：一是關(guān)小前閘閥，將放空調(diào)節(jié)閥PV-20402前閘閥開度關(guān)閉85%～90%，需要放空時(shí)根據(jù)實(shí)際壓力上漲情況緩慢打開PV-20402放空，每次開度不大于2%，防止放空量過大發(fā)生事故。若系統(tǒng)壓力過高，視情況緩慢打開PV-20402前閘閥進(jìn)行泄壓放空。當(dāng)壓力恢復(fù)正常后，在將PV-20402前閘閥開度關(guān)閉85%-90%。二是更換放空調(diào)壓閥PV-20402，改變該閥門故障狀態(tài)，更改為風(fēng)開閥。重新選型，將該閥門更換為保位閥。

4 結(jié)論

通過對進(jìn)出站異常關(guān)斷的情況下，計(jì)算得到在5Mpa下，集氣干線天然氣管容量：37.9813×104m3，凈化廠裝置天然氣容量1.3430×104m3;在5.5Mpa下，集氣干線天然氣管容量：42.7742×104m3，凈化廠裝置天然氣容量1.5125×104m3。應(yīng)急處置時(shí)間隨著瞬時(shí)流量的增大而逐漸變小，在9×104m3/h的情況下，進(jìn)站閥門關(guān)斷的情況下，估算出應(yīng)急處置時(shí)間大約為32分鐘，出站閥門關(guān)斷的情況下，估算出應(yīng)急處置時(shí)間大約為33.1分鐘。

通過對放空泄壓現(xiàn)狀及對上游管道的影響進(jìn)行分析研究，解決了裝置放空存在的問題，這樣員工在事故狀態(tài)下能及時(shí)、準(zhǔn)確地應(yīng)急處置，提高了職工應(yīng)急處置能力。

參考文獻(xiàn)：

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[4]周斯雅.天然氣凈化廠超壓自動(dòng)放空系統(tǒng)優(yōu)化[J].石油化工自動(dòng)化，2017，08.

作者簡介：折紅艷（1989—?），女，漢族，陜西子長人，碩士，工程師，研究方向：天然氣凈化。